一种光伏发电系统及管理方法与流程

1.本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏发电系统及管理方法。


背景技术：

2.光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
3.目前对于户外光伏发电来说，光伏发电装置经常集中安装在广阔无遮挡的农田里，因此需要尽可能的利用农田面积来布置尽量大面积的发电装置，在保证发电装置无遮挡的前提下提高光电发电效率，因此经常使用大面积的光伏板发电，减少光伏板之间的间隔，来提高光伏板的布设面积。
4.但是在光伏发电适应光伏板为整块大板的情况，现有对于户外的整块大板的光伏板的太阳能跟踪系统由于光伏板的长度大重量大，在长度方向进行南北向翻转时，容易导致光伏板受力不均而发生破裂的情况，光伏板的宽度方向绕支撑架的横梁实现从东到西的翻转，因此无法实现多自由度的太阳能跟踪系统，导致光伏发电的效率提高值小。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种光伏发电系统及管理方法，以解决现有技术中光伏板受力不均而发生破裂的情况，无法实现多自由度的太阳能跟踪系统，导致光伏发电的效率提高值小的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
7.一种光伏发电系统，包括多个平行设置在地面上的支撑架，以及活动安装在所述支撑架上的光伏板，所述支撑架上设有用于带动所述光伏板进行太阳能跟踪的第一跟踪机构，所述支撑架的底部设有至少两个撑脚杆，其中一个所述撑脚杆的底部设有原位转动组件，另一个所述撑脚杆的底部设有第二跟踪机构，且所述第二跟踪机构的驱动点安装在所述原位转动组件上，所述支撑架在所述第二跟踪机构的带动下以所述原位转动组件为圆心进行往复式弧形摆动；
8.所述第二跟踪机构通过带动所述支撑架和所述光伏板整体转动以适应性追踪太阳方位的方位变化，所述第一跟踪机构通过带动所述光伏板绕所述支撑架转动以追踪在方位范围内的不同高度的太阳能。
9.作为本发明的一种优选方案，所述第二跟踪机构包括用于供所述撑脚杆限位移动的轨道槽体组件，以及设置在所述轨道槽体组件与所述原位转动组件之间的施力组件，所述施力组件带动所述支撑架以所述原位转动组件为圆心进行往复式摆动，以适应太阳在不同方位的顺序移动。
10.作为本发明的一种优选方案，所述原位转动组件包括设置在作为旋转圆心的所述
撑脚杆下端的柱形腿杆，以及设置在地面内的承载桩体，所述承载桩体的内部设有内沉槽，所述柱形腿杆内设在所述内沉槽内，且所述第二跟踪机构带动所述柱形腿杆绕所述内沉槽旋转。
11.作为本发明的一种优选方案，所述轨道槽体组件包括设置在所述撑脚杆下端的y形分叉板，以及设置在所述y形分叉板开口的滚轮，所述滚轮的两个侧表面上设有与所述y形分叉板连接的连接直杆，所述连接直杆的外表面绕所述y形分叉板旋转，所述y形分叉板与所述承载桩体之间设有同步连杆；
12.所述滚轮处于设置在地面内的弧形槽道内，所述弧形槽道所在圆的圆心处于所述原位转动组件的中心轴线上，所述施力组件带动所述支撑架一端的撑脚杆在所述承载桩体内进行原位旋转，且所述施力组件带动所述支撑架的另一端在所述弧形槽道内移动。
13.作为本发明的一种优选方案，两个相邻的所述弧形槽道的末端相互接触，所述弧形槽道的弧度小于180
°
，且两个相邻的所述光伏板的侧边在所述滚轮处于所述弧形槽道的端部时相互接触。
14.作为本发明的一种优选方案，所述施力组件包括设置在所述同步连杆中心位置的安插竖杆，以及与所述安插竖杆连接的摆动臂，所述承载桩体的外表面设有用于绕所述承载桩体旋转的活动套筒，所述活动套筒的外表面设有齿槽段，且所述y形分叉板固定安装在所述活动套筒的非齿槽位置；
15.所述承载桩体侧边设有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上固定设有主动齿轮，所述主动齿轮通过与所述齿槽段的相互啮合带动所述活动套筒绕所述承载桩体旋转，且带动所述滚轮在所述弧形槽道内转动并移位。
16.作为本发明的一种优选方案，所述第一跟踪机构包括设置在所述支撑架顶端的横梁，以及设置在所述支撑架上的伸缩气缸，所述光伏板的背面通过凸起环套设在所述横梁上，所述伸缩气缸的伸缩轴活动安装在所述光伏板的背面，且所述伸缩气缸通过上下伸缩移动带动所述光伏板绕所述横梁转动，以实现对方位范围内的不同高度的太阳能追踪工作。
17.为解决上述技术问题，本发明还进一步提供下述技术方案：一种基于光伏发电系统的管理方法，包括以下步骤：
18.步骤100、以支撑架与水平线垂直的状态为中心点，且将用于限制所述支撑架移动的弧形槽道以中心点为分界，将第二跟踪机构划分为自东向南的方位变化跟踪和自南向西的方位变化跟踪，并以第二跟踪机机构的初始化方位设定为东北方位；
19.步骤200、基于太阳在固定时间段内的方位变化调控所述第二跟踪机构带动支撑架旋转，使得光伏板的正面始终朝向太阳的方位；
20.步骤300、基于太阳在一个方位范围的高度变化调控第一跟踪机构改变光伏板与地平线之间的角度，以增大太阳光线与光伏板正面之间的夹角；
21.步骤400、所述第一跟踪机构和所述第二跟踪机构在夜间调控所述光伏板恢复至初始状态。
22.作为本发明的一种优选方案，在步骤200中，光伏板的正面始终朝向太阳的方位的实现方式为：
23.所述支撑架在弧形槽道的中心点时，所述光伏板在所述第一跟踪机构的带动下进
行东西方向的翻转操作；
24.所述支撑架在所述弧形槽道内旋转直至一个端部，所述光伏板的正面在所述第二跟踪机构的带动下进行从东到南方向的移动工作，以自适应跟踪从早上到中午的太阳方位和高度变化；
25.所述第二跟踪机构带动所述支撑架反向移动至弧形槽道的另一个端部，且所述光伏板的正面在所述第二跟踪机构的带动下进行从南到西方向的移动工作，以自适应跟踪从中午到下午的太阳方位和高度变化。
26.作为本发明的一种优选方案，所述第二跟踪机构带动所述光伏板的正面在从东到南方向移动时的驱动速度小于所述第二跟踪机构带动所述支撑架反向移动至弧形槽道的另一个端部的驱动速度；
27.当支撑架反向移动至另一个端部后，第二跟踪机构带动支撑架从弧形槽道的端部向中心点移动时，此时的驱动速度同样小于支撑架反向移动至弧形槽道的另一个端部的驱动速度。
28.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
29.本发明包括整块大尺寸的光伏板，以及用于承载光伏板的支撑架，利用第二跟踪系统带动支撑架和光伏板整体绕其中一个撑腿旋转进行往复式摆动，以实现对不同方位的太阳能跟踪操作，使得光伏板的正面始终朝向太阳光线，同时利用安装在支撑架上的第一跟踪系统带动光伏板进行绕支撑架本身翻转，实现对同一方位范围内的不同高度的太阳能跟踪操作，使得太阳光线始终与光伏板的正面垂直，从而保证光伏板受力均匀，避免出现光伏板受力不均而破裂损坏的情况，同时提高了发电效率。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
31.图1为本发明实施例提供的光伏发电系统的结构示意图；
32.图2为本发明实施例提供的光伏发电系统的背面立体结构示意图；
33.图3为本发明实施例提供的滚轮安装方式的结构示意图
34.图4为本发明实施例提供的光伏发电系统管理方法的流程示意图。
35.图中的标号分别表示如下：
36.1-支撑架；2-光伏板；3-第一跟踪机构；4-撑脚杆；5-原位转动组件；6-第二跟踪机构；
37.31-横梁；32-伸缩气缸；33-凸起环；
38.51-柱形腿杆；52-承载桩体；53-内沉槽；
39.61-轨道槽体组件；62-施力组件；
40.611-y形分叉板；612-滚轮；613-连接直杆；614-同步连杆；615-弧形槽道；
41.621-安插竖杆；622-摆动臂；623-活动套筒；624-齿槽段；625-驱动电机；626-主动齿轮。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.如图1所示，本发明提供了一种光伏发电系统，本实施方式包括整块大尺寸的光伏板，以及用于承载光伏板的支撑架，支撑架本身安装的第一跟踪系统带动光伏板进行绕支撑架本身翻转，实现对同一方位范围内的不同高度的太阳能跟踪操作，且利用第二跟踪系统带动支撑架和光伏板整体绕其中一个撑腿旋转进行往复式摆动，以实现对不同方位的太阳能跟踪操作。
44.其中，第二跟踪系统主要跟踪太阳在一天内的方位变化，太阳的方位在中国大致的变化为东-南-西，因此第一跟踪系统和第二跟踪系统带动光伏板按照东北、正东、东南、返回中点、西南、正西、西北这一方位变化进行一天内的太阳能追踪，光伏板本身在长度方向不做翻转操作，而是光伏板和支撑架本身绕地面移动，从而保证光伏板在太阳能追踪过程不会因为应力不均而发生破裂的情况，同时还提高了光伏发电的发电效率。
45.光伏发电系统具体包括多个平行设置在地面上的支撑架1，以及活动安装在支撑架1上的光伏板2，支撑架1上设有用于带动光伏板2进行太阳能跟踪的第一跟踪机构3，支撑架1的底部设有至少两个撑脚杆4，其中一个撑脚杆4的底部设有原位转动组件5，另一个撑脚杆4的底部设有第二跟踪机构6，且第二跟踪机构6的驱动点安装在原位转动组件5上，支撑架1在第二跟踪机构6的带动下以原位转动组件5为圆心进行往复式弧形摆动。
46.第二跟踪机构6通过带动支撑架1和光伏板2整体转动以适应性追踪太阳方位的方位变化，第一跟踪机构3通过带动光伏板2绕支撑架1转动以追踪在方位范围内的不同高度的太阳能。
47.现有的长块的光伏板进行太阳能跟踪时，一般是将光伏板的宽度方向进行翻转，以完成东向和西向的太阳能跟踪，而光伏板的长度方向也是将光伏板与支撑架分离，由于光伏板的长度比较大，因此导致光伏板受力不均容易发生破裂。
48.而在本实施方式中，第二跟踪机构5带动支撑架1和光伏板2整体转动，此时的受力对象为支撑架1而不是光伏板2，因此光伏板2不会因为长度方向的受力不均而发生破裂，更加安全和省力，另外，第二跟踪机构5带动支撑架1和光伏板2整体转动时，可以完成对一天内的太阳能跟踪操作，当太阳从东向南移动时，第二跟踪机构5带动支撑架1旋转，保证光伏板2的正面始终正对太阳，且通过第一跟踪机构3带动光伏板2绕支撑架1的顶端旋转，以进一步的提高发电效率。
49.其中，如图2所示，第二跟踪机构6包括用于供撑脚杆4限位移动的轨道槽体组件61，以及设置在轨道槽体组件61与原位转动组件5之间的施力组件62，施力组件62带动支撑架1以原位转动组件5为圆心进行往复式摆动，以适应太阳在不同方位的顺序移动。
50.原位转动组件5包括设置在作为旋转圆心的撑脚杆4下端的柱形腿杆51，以及设置在地面内的承载桩体52，承载桩体52的内部设有内沉槽53，柱形腿杆51内设在内沉槽53内，且第二跟踪机构6带动柱形腿杆51绕内沉槽53旋转。
51.如图2和图3所示，轨道槽体组件61包括设置在撑脚杆4下端的y形分叉板611，以及
设置在y形分叉板611开口的滚轮612，滚轮612的两个侧表面上设有与y形分叉板611连接的连接直杆613，连接直杆613的外表面绕y形分叉板611旋转，y形分叉板611与承载桩体52之间设有同步连杆614。
52.滚轮612处于设置在地面内的弧形槽道615内，弧形槽道615所在圆的圆心处于原位转动组件5的中心轴线上，施力组件62带动支撑架1一端的撑脚杆4在承载桩体52内进行原位旋转，且施力组件62带动支撑架1的另一端在弧形槽道615内移动。
53.也就是说，在本实施方式中，支撑架1在施力组件62的带动下，以柱形腿杆51为转动支点，另一个撑脚杆4下端的y形分叉板611处于弧形槽道615内，且y形分叉板611在弧形槽道615内移动式，通过其下端的滚轮612在弧形槽道615内滚动，以降低支撑架1整体转动时所受到的摩擦阻力，因此相应的，施力组件62的动力需求可以相对更低一些。
54.两个相邻的弧形槽道615的末端相互接触，弧形槽道615的弧度小于180
°
，且两个相邻的光伏板2的侧边在滚轮612处于弧形槽道615的端部时相互接触。
55.现有为了太阳能的全方位跟踪，现有的光伏板为小块的光伏板，但是在一个区域内，对于多个光伏发电单位，为了保证每个单位均能实现全方位的太阳能跟踪，则相邻两个光伏发电单位之间无遮挡，这时候同列的两个相邻光伏发电单位的支撑柱之间的间距大于光伏板沿着该列方向的长度，即两个相邻光伏发电单位之间的间距比较大，当光伏板处于平面状态时，两个相邻光伏发电单位之间仍然存在空隙。
56.而本实施方式弧形槽道615布置的要求为：当支撑架1整体转动至弧形槽底615的末端时，两个相邻的光伏板2之间无遮挡。因此相对于将大块的光伏板拆分为小块光伏板发电的方式来说，同一列的多个光伏发电单位之间的长度总和小于本实施方式的整块式的光伏板的长度，因此从这个角度对比来说，本实施方式在户外固定区域内的光伏板布置长度更高，且相对于小块式的光伏发电跟踪系统使用到的动力更少，发电整体的剩余电量更多。
57.施力组件62包括设置在同步连杆614中心位置的安插竖杆621，以及与安插竖杆621连接的摆动臂622，承载桩体52的外表面设有用于绕承载桩体52旋转的活动套筒623，活动套筒623的外表面设有齿槽段624，且y形分叉板611固定安装在活动套筒623的非齿槽位置。
58.承载桩体52侧边设有驱动电机625，驱动电机625的输出轴上固定设有主动齿轮626，主动齿轮626通过与齿槽段624的相互啮合带动活动套筒623绕承载桩体52旋转，且带动滚轮612在弧形槽道615内转动并移位。
59.当驱动电机625通过齿槽段624与主动齿轮626之间的齿槽啮合，带动活动套筒623绕承载桩体52旋转时，活动套筒623通过同步连杆614带动y形分叉板611移动，并绕承载桩体52的中心轴线旋转，此时滚轮612在弧形槽道615内转动移位，达到了带动支撑架1和光伏板2整体转动的目的。
60.综上，在本实施方式中，第二跟踪机构6的主要实现过程为：
61.1、基于光伏板上的光敏传感器确定此时的光照方位，当太阳相对从东到南移动时，则驱动电机625开始工作，带动支撑架1和光伏板2整体旋转，以使得光伏板2的正面始终朝向太阳的位置，实现跟踪式太阳能追踪，直至支撑架1旋转至弧形槽道615的一个端点，此时太阳转动至最南位置；
62.2、太阳从南开始向西移动，此时驱动电机625带动支撑架1快速反向移动至弧形槽
道615的另一个端点；
63.3、驱动电机625带动支撑架1从弧形槽道615的端点位置逐渐向弧形槽道615的中点移动，以跟踪从南到西移动的太阳。
64.因此综上，第二跟踪机构6主要用于跟踪太阳在一天内的方位移动，带动光伏板2的正面始终朝向太阳，以实现最大化的接收光能。太阳的方位在中国大致的变化为东-南-西，因此第一跟踪系统和第二跟踪系统带动光伏板按照东北、正东、东南、返回中点、西南、正西、西北这一方位变化进行一天内的太阳能追踪，光伏板本身在长度方向不做翻转操作，而是光伏板和支撑架本身绕地面移动，从而保证光伏板在太阳能追踪过程不会因为应力不均而发生破裂的情况，同时还提高了光伏发电的发电效率。
65.而在本实施方式中，第一跟踪机构3的作用是用于调整光伏板2在支撑架1上的转动位置，以使得光伏板2始终与太阳光线垂直，即追踪一个方位范围内不同高度的太阳。
66.第一跟踪机构3包括设置在支撑架1顶端的横梁31，以及设置在支撑架1上的伸缩气缸32，光伏板2的背面通过凸起环33套设在横梁31上，伸缩气缸32的伸缩轴活动安装在光伏板2的背面，且伸缩气缸32通过上下伸缩移动带动光伏板2绕横梁31转动，以实现对方位范围内的不同高度的太阳能追踪工作。
67.第一跟踪系统3带动光伏板2进行绕支撑架1本身翻转，实现对同一方位范围内的不同高度的太阳能跟踪操作。
68.针对上述光伏发电系统，如图4所示，对其进行一天内的发电管理方法具体包括以下步骤：
69.步骤100、以支撑架与水平线垂直的状态为中心点，且将用于限制支撑架移动的弧形槽道以中心点为分界，将第二跟踪机构划分为自东向南的方位变化跟踪和自南向西的方位变化跟踪，并以第二跟踪机机构的初始化方位设定为东北方位。
70.步骤200、基于太阳在固定时间段内的方位变化调控第二跟踪机构带动支撑架旋转，使得光伏板的正面始终朝向太阳的方位。
71.步骤300、基于太阳在一个方位范围的高度变化调控第一跟踪机构带动光伏板绕支撑架旋转，以使得光伏板的正面始终与太阳光线垂直；
72.步骤400、所述第一跟踪机构和所述第二跟踪机构在夜间调控所述光伏板恢复至初始状态。
73.在步骤200中，光伏板的正面始终朝向太阳的方位的实现方式为：
74.支撑架在弧形槽道的中心点时，光伏板在第一跟踪机构的带动下进行东西方向的翻转操作。
75.支撑架在弧形槽道内旋转直至一个端部，光伏板的正面在第二跟踪机构的带动下进行从东到南方向的移动工作，以自适应跟踪从早上到中午的太阳方位和高度变化；
76.第二跟踪机构带动支撑架反向移动至另一个端部，且光伏板的正面在第二跟踪机构的带动下进行从南到西方向的移动工作，以自适应跟踪从中午到下午的太阳方位和高度变化。
77.优选的是，第二跟踪机构带动光伏板的正面在从东到南方向移动时的驱动速度小于第二跟踪机构带动支撑架反向移动至弧形槽道的另一个端部的驱动速度。
78.当支撑架反向移动至另一个端部后，第二跟踪机构带动支撑架从弧形槽道的端部
向中心点移动时，此时的驱动速度同样小于支撑架反向移动至弧形槽道的另一个端部的驱动速度。
79.本实施方式包括整块大尺寸的光伏板，以及用于承载光伏板的支撑架，利用第二跟踪系统带动支撑架和光伏板整体绕其中一个撑腿旋转进行往复式摆动，以实现对不同方位的太阳能跟踪操作，使得光伏板的正面始终朝向太阳光线，同时利用安装在支撑架上的第一跟踪系统带动光伏板进行绕支撑架本身翻转，实现对同一方位范围内的不同高度的太阳能跟踪操作，使得太阳光线始终与光伏板的正面垂直，从而保证光伏板受力均匀，避免出现光伏板受力不均而破裂损坏的情况，同时提高了发电效率。
80.以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。